数字电压表的设计实验报告完整.docx
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数字电压表的设计实验报告完整
课程设计
——基于51数字电压表设计
物理与电子信息学院
电子信息工程
1、课程设计要求
使用单片机AT89C52和ADC0832设计一个数字电压表,能够测量0-5V之间的直流电压值,两位数码显示。
在单片机的作用下,能监测两路的输入电压值,用8位串行A/D转换器,8位分辨率,逐次逼近型,基准电压为5V;能用两位LED进行轮流显示或单路选择显示,显示精度0.1伏。
2、硬件单元电路设计
AT89S52单片机简介
AT89S52是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含8kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S52具有如下特点:
40个引脚,8kBytesFlash片内程序存储器,256bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级,2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。
ADC0832模数转换器简介
ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。
由于它体积小,兼容性强,性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎,其目前已经有很高的普及率。
学习并使用ADC0832可是使我们了解A/D转换器的原理,有助于我们单片机技术水平的提高。
图1
芯片接口说明:
·CS_片选使能,低电平芯片使能。
·CH0模拟输入通道0,或作为IN+/-使用。
·CH1模拟输入通道1,或作为IN+/-使用。
·GND芯片参考0电位(地)。
·DI数据信号输入,选择通道控制。
·DO数据信号输出,转换数据输出。
·CLK芯片时钟输入。
·Vcc/REF电源输入及参考电压输入(复用)。
单片机对ADC0832的控制原理:
正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线,分别是CS、CLK、DO、DI。
但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的,所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。
当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平,此时芯片禁用,CLK和DO/DI的电平可任意。
当要进行A/D转换时,须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。
此时芯片开始转换工作,同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲,DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。
在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平,表示启始信号。
在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能。
当此2位数据为“1”、“0”时,只对CH0进行单通道转换。
当2位数据为“1”、“1”时,只对CH1进行单通道转换。
当2位数据为“0”、“0”时,将CH0作为正输入端IN+,CH1作为负输入端IN-进行输入。
当2位数据为“0”、“1”时,将CH0作为负输入端IN-,CH1作为正输入端IN+进行输入。
到第3个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用,此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。
从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7,随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。
直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0,一个字节的数据输出完成。
也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据,即从第11个字节的下沉输出DATD0。
随后输出8位数据,到第19个脉冲时数据输出完成,也标志着一次A/D转换的结束。
最后将CS置高电平禁用芯片,直接将转换后的数据进行处理就可以了。
ADC0832时序图:
图二
数字电压表设计的结构框图和原理图
图3结构框图
图4电路原理图
硬件电路实物图
图7硬件实物图
器件清单
表1器件清单
所用器件名称
型号及大小
个数
单片机开发板
AT89S52
一个
滑动变阻器
10K
两个
A\D转换器
ADC0832
一个
LED
共阳
两个
跳线插口
--
若干
跳线
--
若干
3.软件单元电路设计
数据处理子程序主要根据标度变换公式1-1,把0~255十进制数转换为0.0V~5.0V。
主程序
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitAD_CS=P1^1;
sbitCLK=P1^2;
sbitDIO=P1^0;
ucharcodetable0[]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10,0x3f};//带小数点
ucharcodetable1[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf};//不带小数点
ucharRead_ADC(void);
voiddisplay(void);
voidmain(void)
{
while
(1)
{
display();
}
}
ucharRead_ADC(void)
{
uchari=0;
ucharValue1=0;
ucharValue2=0;
AD_CS=1;//关掉AD;
CLK=0;
DIO=0;
AD_CS=0;//开启芯片
DIO=1;//开始位
CLK=0;
CLK=1;//上升沿
DIO=1;//单通道
CLK=0;
CLK=1;
DIO=1;//通道选择位
CLK=0;
CLK=1;
DIO=1;//空闲位为数据输出做好准备dio要为高
CLK=0;
CLK=1;
for(i=0;i<8;i++)//读第一次数据
{
CLK=1;//下降沿
CLK=0;
if(DIO)
{
Value1|=0x80>>i;
}
}
for(i=0;i<8;i++)//读第二次数据
{
if(DIO)
{
Value2|=0x01<
}
CLK=1;
CLK=0;
}
AD_CS=1;//关掉芯片
if(Value1==Value2)//数据校准
{
returnValue1;
}
else
{
return0x00;
}
}
voiddisplay(void)
{
uchari=0;
uchara,b;
i=Read_ADC();
a=i*195/10000;//整数部分
b=i*195/1000%10;//小数点后第一位
P0=table0[a];
P2=table1[b];
}
4、课程设计总结
通过这次设计,使我深入了解了AT89S52单片机和ADC0832(A\D转换器)的结构和特点及数字电压表的工作原理,加深了对课本理论知识的理解,锻炼了实践动手能力,理论知识与实践设计相结合,培养了创新开发的思维。
在此次课程设计中,收获知识的同时,我还收获了阅历。
在此过程中,我们通过查找资料,请教老师,以及不懈的努力,不仅培养了独立思考、动手操作的能力,在各种其它能力上也都有了提高。
在此,非常感谢老师的帮助,没有老师的细心讲解,我们的成功会大打折扣。
毕业设计(论文)
题目:
数字电压表的设计与制作
年级专业:
电气自动化14321班
学生姓名:
秦小钧
指导教师:
杨海蓉
2021年10月13日
毕业设计任务书
毕业设计题目:
数字电压表的设计与制作
题目类型工程设计题目来源学生自选题
毕业设计时间从2021/09/25至2021/10/13
1.毕业设计内容要求:
采用AT89S52作MCU,ADC0809(或其他芯片)进行AD转换,测量电压的范围为直流0-5V电压,四位数码管显示。
2.主要参考资料
[1]万福君,潘松峰.单片微机原理系统设计与应用[M],中国科学技术大学出版社,01年8月第2版
[2]周责魁.控制仪表与计算机控制装置[M],化学工业出版社,02年9月第1版
[3]李青.电路与电子技术基础[L],浙江科学技术出版社,05年2月第1版
[4]陈乐.过程控制与仪表[M],中国计量学院出版社,07年3月
[5]孙育才.新型AT89S52系列单片机及其应用[M],清华大学出版社,05年5月第1版
3.毕业设计进度安排
阶段
阶段内容
起止时间
1
开讲个人选题报告
2
着手收集资料,并报送提纲审定
9.28-10.4
3
集中指导与个别指导,提交初稿审查
4
修改,经审稿后定稿交稿
5
答辩与鉴定
10.13
摘要
本设计由A/D转换、数据处理及显示控制等组成,测量0~5V范围内的输入电压值,由4位共阳8段数码管扫描显示,最大分辨率0.1V,误差±0.05V。
数字电压表的核心为AT89S52单片机和ADC0832A/D转换集成芯片。
关键词:
数字电压表;单片机;AT89S52;ADC0832
第一章设计方案的选择
1.1功能要求及设计目标
采用AT89S52作MCU,ADC0809(或其他芯片)进行AD转换,测量电压的范围为直流0-5V电压,四位数码管显示。
(设计并制作出实物为优).
1.2系统设计方案
AT89S52具有如下特点:
40个引脚,8kBytesFlash片内程序存储器,256bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器
AT89C52可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
AT89S5与AT89c52相比,前者的性能比后者高,所以本设计采用AT89S52芯片。
数模转换芯片:
ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。
其内部有一个8通道多路开关,它可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换,转换时间为100μs。
ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片,其最高分辨可达256级,可以适应一般的模拟量转换要求。
其内部电源输入与参考电压的复用,使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。
芯片转换时间仅为32μS,据有双数据输出可作为数据校验,以减少数据误差,转换速度快且稳定性能强。
由于ADC0832芯片的转换时间短,并且性能比较高,所以采用ADC0832作为数模转换芯片.
1选择AT89S52作为控制芯片
2选择ADC0832芯片来进行模数转换
3选择GEM5461GE四位一体的共阳数码管来显示数字
4用9012三极管来作为驱动电路,使GEM5461GE四位一体的共阳数码工作.
5用SW1按键作为复位按键,实现复位电路的功能。
第二章数字电压表系统设计
2.1硬件系统的设计
硬件原理框图
图2-1硬件原理框图
硬件系统设计原理
硬件设计原理:
电阻R11上的电压经过ADC0832芯片进行模数转换后,由AT89S52芯片的P1口连接到驱动电路,当驱动电路工作使数码管显示前面转换过来的数字。
复位电路和晶振电路的设计
在接通电源后,当按下SW1后AT89S52不工作,使数码管全部变暗,当SW1一松开后AT89S52工作,数码管又变亮。
晶振电路中的两个30pF的电容具有微调的作用.
图2-2系统设计原理图
2.2软件系统设计
程序流程图
图2-3程序流程图
编写程序
11,0选通道0
bADcl=1;
bADcl=0;//3down
bADda=1;
bADcl=1;
bADcl=0;//4down数码管显示程序
//数字电压表
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#include
codeucharTAB[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//定义数码管显示数值
ucharstr_TME[4]={0,0,0,0,};//定义数码管显示初始值
unsignedchardata1;//data1用来存放转换以后的数据
voiddelay(ucharms)//定义ms延迟程序
{
ucharj;
while(ms--)
for(j=0;j<125;j++);
}
uchartmel=0;
bitsim=1;
/***********************计数器中断函数,用于控制电压转*********************
*******************时间间隔,此程序设定间隔为1S电压转换一次***************/
voidtme_tr0(void)interrupt1
{
TL0=0x58;
TH0=0x9e;//设置25ms延时的初值
if(++tmel==40)
{
tmel=0;
sim=1;
}
2AD0832AD转换子程序
/***************************************************************************
AD0832AD转换子程序
***************************************************************************/
sbitbADcs=P2^2;//片选位
sbitbADcl=P2^1;//时钟位
sbitbADda=P2^0;//数据位
voidad(void)
{uchari;
bADcs=0;//当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平,此时芯片禁用,开始工作CS为低电平
bADcl=0;//第一个时钟下降沿前da为1,第二个与第三时钟下降沿前的数据为通道选择
bADda=1;//选置起始位
bADcl=1;
bADcl=0;//1down
bADda=1;//通道选择第1位
bADcl=1;
bADcl=0;//2down
bADda=0;//通道选择第2位,通道选择为
for(i=8;i>0;i--)
{
data1<<=1;//从第7位开始,要左移data1=data1<<1
bADcl=0;
bADcl=1;
if(bADda==1)data1|=0x01;//如果输出1,data1最后一位补1
}
bADcs=1;//转换完后CS置1
}
voidchangs()//转换程序
{
doublesum;
ucharval_Integer;//定义整数变量
unsignedintval_Decimal;//定义小数变量
sum=data1*0.0196078;
val_Integer=(uchar)sum;
val_Decimal=(unsignedint)((sum-val_Integer)*1000);
str_TME[3]=val_Decimal%10;
str_TME[2]=val_Decimal/10%10;
str_TME[1]=val_Decimal/100;
str_TME[0]=val_Integer;
}
}
/*****************定义数码管显示(共阳数码管)***************************/
sbitg1=P1^0;//第一位
sbitg2=P1^1;//第二位
sbitg3=P1^2;//第三位
sbitg4=P1^3;//第四位
voidVAL_xs()
{
P3=(TAB[str_TME[0]])&0x7f;//显示小数点
g1=0;//第一位显示
delay(4);
g1=1;
P3=TAB[str_TME[1]];
g2=0;//第二位显示
delay(4);
g2=1;
P3=TAB[str_TME[2]];
g3=0;//第三位显示
delay(4);
g3=1;
P3=TAB[str_TME[3]];
g4=0;//第四位显示
delay(4);
g4=1;
}
3主程序
/*****************************************************
主程序
*******************************************************/
main()
{
P1=0xc0;
IE=0x82;//中断请求
TMOD=0x01;
IP=0x01;
TL0=0x58;
TH0=0x9e;
TR0=1;//运行控制位
while
(1)
{
VAL_xs();
if(sim==1)
{
ad();//电压转换
changs();//数据转换
sim=0;
}
}
}
2.2.3用KEIL软件编译和生成hex文件
图2-4KEIL软件编译图
2.3用protues进行仿真
1安装protues软件
2画出原理图
3在AT89S52芯片中写入hex文件
单击确定
图2-5写入hex文件图
4仿真和调试
图2-6仿真
当调节R11电阻时显示数字也发生变化,说明程序正确!
第三章制作PCB板和实物的调试
3.1制作PCB板
由于开始在北院制版时间太短,所以走了两根飞线。
图3-1PCB板
PCB板制作流程:
打印PCB图A纸,热转印发打印,腐蚀,打孔,插件,焊接,检测实物。
3.2实物的检测功能与调试
把前面仿真通过的程序烧制到AT89S52芯片中,接上5V的电源,观察效果。
实物图3-2。
图3-2实物效果图
现象:
数码管最后两位每隔1秒数字有点变化,这是由于外界的干扰造成的,属于正常现象。
调节R11显示的数字有变化,按下SW1按键显示器变暗,松开SW1又显示数字。
结论:
正确,设计成功!
设计总结
在这次课程设计中,完成了简易数字电压表的制作工作。
其中有苦也有乐。
苦的是这个月太累了,好几个晚上忙到凌晨2点左右;乐的是在付出过程中,我学到了许多的东西。
在整个设计过程中,经常经常出现这样那样的问题,但是最后还是都得以解决,这个过程是值得我回味的,尤其是当看到自己的设计课题成功时,心中有一种成就感。
挫折是一份财富,经历是一份拥有。
这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计中遇到了很多专业知识问题,最后在老师的辛勤指导下,终于游逆而解。
同时,在老师的身上我们学也到很多实用的知识,在次我们表示感谢!
此次课程设计,学到了很多课内学不到的东西,比如独立思考解决问题,出现差错的随机应变,和与人合作共同提高,都受益非浅,今后的课程设计应该更轻松,自己也都能扛的起并高质量的完成项目。
鉴与参考,在这次课程设计中我的程序和设计原理是参考田老师的资料和网上查了些相关的资料,这样提高了效率,才使我在规定的时间内顺利地完成了设计的任务。
作与互助,在设计的过程中出现了好几个问题,在我们的共同努力分析下问题都解决了。
致谢
这次能顺利按时完成毕业设计,我非常感谢给予指导的各位老师,特别感谢我的指导老师,是你的耐心指导和讲解,使我能够顺利的完成毕业设计。
在我的设计工作中无不倾注着田老师辛勤的汗水和心血。
老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。
从尊敬的导师身上,我不仅学到了扎实、宽广的专业知识,也学到了做人的道理。
在此我要向我的导师说声“田老师您辛苦了!
”最后我致以最衷心的感谢和深深的敬意.
附录一元件清单
名称
型号
封装形式
数量
单片机
AT89S52
DIP-40
1个
A/D转换器
ADC0832
DIP-8
1个
数码管显示器
GEM5461BE
DIP-12
1个
晶振
12M
XTAL-1
1个
三极管
9012
TO-126
4个
电阻排
1KX8
SIP-10
1个
滑动变阻器
1K
VR-5
1个
电阻
470
AXIAL-0.4
4个
按键
SW
ANJIAN
1个
电阻
200
AXIAL-0.4
5个
瓷片电容
30pF
RAD-0.2
2片
电解电容
22μF
RB-.2/.4
1片
参考文献
[1]童诗白主编.模拟电子技术基础(第三版)[M].北京:
高教出版社.
[2]阎石主编.数字电子技术基础(第四版/第五版)[M].北京:
高教出版社.
[3]金唯香、谢玉梅主编.电子测试技术[M].长沙:
湖南大学出版社.
[4]实用电子电路手册编写组.实用电子电路手册(数字电路分册)[M].北京:
高教出版社.
[5]姚福安.电子电路设计与实践[M].济南:
山东科学技术出版社.
[6]将卓勤,邓玉元主编.Multisim2001及其在电子设计中的应用[M].
西安:
西安电子科技大学出版社.
三用表的设计
任务单:
238号
1表头满偏电流50μA
2DC.A:
引入电流0.18mA
3表头内阻+附加串联电阻为Rg=3.3KΩ
一、已知参数:
1.每人的任务条(每人不同,最后将任务条并设计作业一齐订好上交!
)
A.直流电流档的引入电流0.18mA(每人不同)
B.测量机构总阻值(内阻+附加电阻=电阻Rg3.3KΩ,每